개발된 기술은 최근 각광받고 있는 차세대 2차원 나노소재를 이용해 머리카락 정도의 얇은 두께를 가지면서 종이처럼 손쉽게 둘둘 말 수 있는 점이 특징이다. 사용자의 움직임에 따른 노이즈가 적고 자유자재로 말 수 있기 때문에 웨어러블 기기나 사람의 피부에 부착이 가능하다. 향후 패치 형태로 응용 및 차세대 신체정보 모니터링 플랫폼으로의 개발이 기대된다.
기존 연구는 2차원 나노소재를 기계적으로 박리하거나 고온에서 합성 후 원하는 기판에 전사해야 한다는 문제점이 있었다. 연구팀은 광반응성이 뛰어난 2차원 나노소재를 유연기판 위에 직접 성장시킬 수 있는 저온 플라즈마 공정기술을 개발해 이 문제를 해결했다. 100℃ 이하의 낮은 온도에서도 손쉽게 고품질의 2차원 나노소재를 연속으로 합성할 수 있고 별도의 전사공정이 필요 없어 향후 가격적인 측면에서도 큰 경쟁력을 가질 수 있다.
웨어러블 디바이스 분야 전 세계 시장 규모는 2020년 기준으로 약 520억 달러에 달한다. 특히 인간의 피부에 간편하게 부착하거나 밴드와 같이 패치 형태를 지닌 광센서는 현재 빠른 속도로 성장하는 웨어러블 디바이스의 중요한 핵심 부품이다. 향후 피트니스 및 웰니스 시장뿐만 아니라 건강 진단 및 치료, 원격 의료 등과 같은 분야에서 확대 적용될 것으로 예상된다.
연구책임자인 김용훈 선임연구원은 “본 기술이 상용화되면 낮은 제조 원가를 통해, 현재 미국과 유럽, 일본을 중심으로 한 웨어러블 헬스케어 분야의 해외 의존도 감소는 물론 수입 대체까지 가능하다”며, “향후 이를 기반으로 패치형 전자 피부(Electronic Skin) 시장 선점까지도 노려볼 수 있을 것”이라고 말했다.
본 연구성과는 과학기술정보통신부 나노 및 소재 기술개발사업 소재혁신선도프로젝트(국가핵심소재연구단) 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 세계적인 학술지인 나노스케일(Nanoscale)誌의 2021년 1월 14일자 표지논문으로 게재됐다.
한편 연구팀은 본 연구를 바탕으로 건강 모니터링용 롤러블 광센서를 비롯해 곡률이 존재하는 다양한 디스플레이 및 차량 등에 적용 가능한 광대역 파장에서의 고감도 광센서 개발 후속 연구를 활발히 진행 중에 있다.
용어설명
▶ 2차원 나노소재: 원자들이 단일 원자층 두께(약 1㎚-10억분의 1m)를 가지고 평면에서 결정구조를 이루는 물질전자-정공쌍: 외부에서 빛이 들어오게 되면 2차원 나노소재 내에서 전하가 분리되는데, 이때 이들이 전극으로 전달되고 광신호를 통해 밖으로 나오는 메커니즘의 총칭
▶롤러블 광센서: 종이처럼 둘둘 말 수 있는 광 검출기를 의미
